باشگاه آلومینیوم: صنعت آلومینیوم به عنوان یکی از انرژیبرترین و آلایندهترین صنایع فلزات پایه، نقشی تعیینکننده در مسیر گذار جهانی به اقتصاد کمکربن دارد. در این میان، وابستگی تاریخی فرایند ذوب آلومینیوم به آندهای کربنی، مانعی جدی بر سر راه کاهش انتشار گازهای گلخانهای به شمار میرود.
به گزارش باشگاه آلومینیوم، شرکت «Elysis» که با سرمایهگذاری مشترک دو شرکت «Alcoa» و «Rio Tinto» راهاندازی شده است، اخیرا اعلام کرده که به دنبال توسعه و بهکارگیری گستردهتر آندهای خنثی و بدون کربن در تولید آلومینیوم است. از این فناوری برای نخستین بار در مقیاس صنعتی در یک واحد ذوب آلومینیوم فعال در استان کبک کانادا به کار گرفته شده است.
نتایج اولیه این پروژه نشان میدهد که جایگزینی آندهای کربنی سنتی با آندهای خنثی میتواند ضمن کاهش معنادار انتشار دیاکسیدکربن و ترکیبات پرفلوئوروکربنی، زمینهساز تحول ساختاری در یکی از قدیمیترین فرایندهای متالورژیکی جهان شود. این تحول در صورت موفقیت در مقیاس تجاری، میتواند آیندهای رقابتپذیر و سازگار با الزامات زیستمحیطی برای صنعت آلومینیوم در اقتصاد چرخشی در مقیاس جهانی رقم بزند.
صنعت جهانی آلومینیوم که از ارکان اساسی زنجیرههای تامین مدرن به شمار میرود، در آستانه تحولی فناورانه قرار گرفته است. شرکت «Elysis» راهاندازی شده از طریق سرمایهگذاری مشترک دو غول صنعت آلومینیوم یعنی شرکت «Alcoa» و «Rio Tinto»، اخیرا از دستیابی به نقطهعطفی مهم در توسعه فناوری آند خنثی خبر داده است؛ فناوریای که میتواند مسیر اجرای فرایند کربنزدایی از واحدهای ذوب آلومینیوم را هموار کند.
در حال حاضر، واحدهای ذوب آلومینیوم در سراسر جهان برای تبدیل مواد اولیه به فلز آلومینیوم به مقادیر عظیمی از برق نیاز دارند؛ برقی که در بسیاری از کشورها همچنان از سوختهای فسیلی تامین میشود. در همین راستا، اگرچه با افزایش سهم انرژیهای تجدیدپذیر در شبکه برق، شدت آلایندگی این واحدها به تدریج کاهش خواهد یافت اما حذف کامل انتشار گازهای گلخانهای تنها با اصلاح بنیادین فرایند ذوب آلومینیوم امکانپذیر است. در همین رابطه، مشکل اصلی به فناوری مورد استفاده در فرایند ذوب آلومینیوم مرتبط بوده که ریشه در قرن نوزدهم میلادی دارد و هنوز ستون فقرات تولید آلومینیوم در مقیاس جهان محسوب میشود.
در حال حاضر برای تولید انبوه فلز آلومینیوم به روش الکترولیز از فرایند متداول هال-هرولت استفاده میشود که در آن آندهای کربنی بزرگ نقشی برجسته دارند. استفاده از این آندها در فرایند تولید آلومینیوم، به تنهایی نزدیک به یکششم از کل انتشار گازهای گلخانهای ناشی از تولید اولیه این فلز در جهان را به خود اختصاص داده است. جایگزینی این آندهای کربنی، شرط اساسی برای اجرای فرایند کربنزدایی در مقیاس واقعی و گسترده در این صنعت انرژیبر است؛ هدفی که دستیابی به آن تا همین اواخر بیش از آنکه عملی باشد، بسیار دشوار به نظر میرسید.
در همین راستا، شرکت کانادایی «Elysis» اعلام کرد که موفق شده است یک آند بدون کربن با مقیاس صنعتی را برای نخستین بار در یک واحد ذوب آلومینیوم فعال در شهر آلما، استان کبک نصب و راهاندازی کند. این آند در یک سلول با شدت جریان ۴۵۰ کیلوآمپر مورد استفاده قرار گرفته است؛ سطحی از جریان الکتریکی که در بسیاری از واحدهای مدرن ذوب آلومینیوم رایج است. فرانسوا پرا، مدیرعامل شرکت «Elysis» این دستاورد را نخستین نمونه در نوع خود در صنعت جهانی آلومینیوم عنوان کرد.
به گفته وی، این نمونه صنعتی، گامی مهم و فراتر از نمونه آزمایشی ۱۰۰ کیلوآمپری شرکت «Elysis» است؛ نمونهای که پیشتر به وسیله آن آلومینیوم کمکربن مورد استفاده در برخی محصولات از جمله لپتاپها و گوشیهای هوشمند اپل، قوطیهای نوشیدنی و رینگهای خودروی اسپرت الکتریکی شرکت آئودی تولید شد. شرکت «Elysis» که فعالیت خود را از سال ۲۰۱۸ آغاز کرده، تاکنون بیش از ۴۶۰ میلیون دلار سرمایه جذب کرده است؛ بخشی از این سرمایهگذاری نیز از سوی دولتهای فدرال کانادا و استان کبک تامین شده است.
پرا در ادامه عنوان کرد: مطابق با برنامهریزیهای انجامشده، سلول آند خنثی با شدت جریان ۴۵۰ کیلوآمپری طی چند سال آینده تحت آزمایشهای عملیاتی گسترده قرار خواهد گرفت تا عملکرد آن در مقیاس تجاری به طور دقیق ارزیابی و اعتبارسنجی شود.
همزمان، شرکت «Rio Tinto» مجوز استفاده از فناوری آند خنثی شرکت «Elysis» را اخذ کرده است و در نظر دارد تا حدود سال ۲۰۲۷، یک واحد نیمهصنعتی آزمایشی شامل ۱۰ سلول آند خنثی با شدت جریان ۱۰۰ کیلوآمپری را در واحد ذوب آلومینیوم «Arvida» کبک، با مشارکت دولت محلی احداث کند.
در حقیقت میتوان مدعی شد که فناوری آند خنثی تلاشی است برای برهمزدن ساختار فرایندی که نزدیک به ۱۴۰ سال بدون تغییر اساسی در صنعت آلومینیوم باقی مانده است. در روش تولید انبوه فلز آلومینیوم به کمک الکترولیز به نام فرایند هال-هرولت، آلومینا در یک نمک مذاب با دمایی بیش از یک هزار و ۷۰۰ درجه فارنهایت حل شده و آندهای کربنی در محیطی شدیدا خورنده قرار میگیرند. در ادامه عبور جریان الکتریکی باعث میشود آلومینیوم در کف سلول تهنشین شده و همزمان، اکسیژن آزادشده با کربن آند ترکیب و دیاکسیدکربن، ترکیبات پرفلوئوروکربنی (PFCs) با اثر گلخانهای بسیار ماندگار و همچنین آلایندههایی مانند دیاکسید گوگرد تولید شود. خود آندهای کربنی نیز از کک نفتی، محصول جانبی پالایش نفت، ساخته میشوند که چالش زیستمحیطی مضاعفی ایجاد میکند.
اگرچه بخش عمده انتشار گازهای گلخانهای صنعت آلومینیوم به تامین برق مربوط شده و با توسعه انرژیهای تجدیدپذیر میتوان آن را کاهش داد اما حذف انتشارهای مستقیم آلایندهها ناشی از فرایند ذوب مستلزم بازطراحی کامل آندها و سلولهای الکترولیز است. به گفته کارشناسان، این بخش سختترین حوزه برای کاهش انتشار در تولید آلومینیوم اولیه محسوب میشود؛ چراکه گازهای پرفلوئوروکربنی آزادشده میتوانند دهها هزار سال در جو زمین باقی بمانند.
جزئیات فنی ترکیب و عملکرد آندهای خنثی شرکت «Elysis» همچون سایر توسعهدهندگان این فناوری در کشورهایی نظیر چین، ایسلند، نروژ و روسیه عمدتا محرمانه باقی مانده است. در عین حال، این رویکرد اصلی استفاده از آلیاژهای فلزی یا سرامیکهای بیاثر است که فاقد کربن بوده و در نتیجه، در حین فرایند الکترولیز، دیاکسیدکربن یا پرفلوئوروکربنی تولید نمیکنند. همچنین، شرکت «Elysis» طراحی افقی متداول سلولهای آندها در واحدهای ذوب آلومینیوم ذوب را با یک چیدمان عمودی جایگزین کرده است؛ ساختاری که به گفته مدیرعامل این شرکت، شباهت بیشتری به باتری دارد و میتواند عمر آندها را برای چندین سال افزایش و هزینههای تعویض را کاهش دهد.
با وجود برخی نگرانیها درباره احتمال افزایش مصرف برق در این فناوری جدید، مدیران شرکت «Elysis» تاکید میکنند که هدف از ارائه آن، دستیابی به رقابتپذیری همزمان در هزینه و مصرف انرژی است و عملکرد مشاهدهشده تاکنون در محدودهای مشابه فناوری متداول در روش هال-هرولت برای تولید آلومینیوم قرار دارد. در افق بلندمدت، این فناوری میتواند هم در واحدهای ذوب فعلی آلومینیوم هنگام توسعه ظرفیت یا نوسازی تجهیزات و هم در واحدهای ذوب جدید مورد استفاده قرار گیرد.
در مجموع، اگرچه تجاریسازی کامل آندهای خنثی در واحدهای ذوب آلومینیوم هنوز به طور قطعی محقق نشده است اما موفقیت اخیر شرکت «Elysis» نشان میدهد که صنعت آلومینیوم میتواند به سمت فرایند تولیدی حرکت کند که نه تنها بهرهوری بیشتری به همراه داشته بلکه سازگاری بالاتری با طبیعت و الزامات اقتصاد جهانی کمکربن نیز خواهد داشت؛ مسیری که در صورت تحقق، میتواند هم برای جلوگیری از تغییرات اقلیمی و هم برای توسعه رقابتپذیری این صنعت راهبردی، دستاوردی تعیینکننده به همراه داشته باشد.
منبع: فلزاتآنلاین به نقل از رسانه Canary Media
